Seminar 4. Letnik

Finančni trgi: Opis z metodami iz kvantne

mehanike

Avtor: Grega Celcar

Mentor: Rudolf Podgornik

Ljubljana, November 2012

Povzetek

V tej seminarski nalogi vam bom predstavil, kaj so finančni trgi in kako lahko s kvantno

mehanskim modelom rešimo Black-Scholes enačbo, ki opisuje razvoj cene opcij. Opcije so

prenosljive pogodbe, ki so lahko neodvisne ali odvisne od poti. Pri opcijah odvisnih od poti

imamo vpogled v razvoj cene opcij, medtem ko pri neodvisnih vpogleda nimamo.

.

Kazalo

1. Zgodovina ekonofizike ..................................................................................................................... 1

2. Finančni trg ...................................................................................................................................... 2

3. Opcije ............................................................................................................................................... 2

4. Black- Scholes enačba ...................................................................................................................... 4

5. Cenjenje opcij s Hamiltonko ............................................................................................................ 7

6. Martingalov pogoj ......................................................................................................................... 10

7. Potencial pri cenjenju opcij ........................................................................................................... 10

7.1. Barierne opcije ...................................................................................................................... 11

Navzdol-ven barierna opcija .......................................................................................................... 12

»Double-knock-out« barierna opcija ............................................................................................. 14

8. Primerjava med Schroedingerjevo enačbo in B-S enačbo ............................................................ 15

9. Zaključek ........................................................................................................................................ 16

10. Literatura ................................................................................................................................... 16

1

1. Zgodovina ekonofizike

Ekonofizika je zelo mlada veda in opisuje moderne finančne teorije. Razvijati se je začela

pred 50imi leti. Sama beseda ekonofizika izhaja od fizikov, ki so se proti koncu 60ih let

prejšnjega stoletja preusmerili v ekonomske vede. Razlog za to preusmeritev je bila predvsem

konec vesoljske tekme med Američani in Sovjeti, kar je botrovalo k veliki nezaposlenosti v

tistem času [1].

Za mnoge je oče finančne matematike francoski matematik Louis Bachelier, ki se je okoli leta

1900 ukvarjal s fluktuacijami cen delnic. Predpostavljal je, da je gibanje cen možno opisati z

Brownovim gibanjem. Njegovo delo kasneje okoli leta 1950 nadaljeval Samuelson, ki je

nekoliko popravil Bachelierjevo teorijo, in sicer je dejal, da se obrestne mere obnašajo kot

geometrično Brownovo gibanje [2].

Najpomembnejše leto je bilo leto 1973, ko sta Black in Scholes razvila t.i. imenovan Black-

Scholesov model. S pomočjo cene delnic, prodajne cene in datuma poteka naložbe lahko s

tem modelom določimo vrednost opcij [1].

Leta 1962 je francosko- ameriški matematik Benoit Mandelbrot (Slika 1) opisal gibanje delnic

s pomočjo fraktalov [2]. Fraktal je geometrične oblike, ki ga lahko razdelimo na manjše dele

in imajo enako obliko kot prvotni vzorec. Na Sliki 1 je prikazano dolgoročno in kratkoročno

(modri kvadrat) gibanje cen delnic. Po obliki sta obe gibanji enaki [3].

Slika 1: Prikazuje Mandelbrotovo razlago gibanja cen delnic s pomočjo

fraktalov. Oblika obarvanega dela je enake oblike kot del, ki je prikazan s

spodnjo črto od F2 do F6, kar pomeni da lahko v dolgoročnem obdobju

pogledamo, kako se je cena delnice gibala v kratkem obdobju [3].

2

2. Finančni trg

Finančni trg predstavlja skupek odnosov med ponudniki na eni strani in prejemniki na drugi

strani po finančnih sredstvih. Finančni trg pozna dve osnovni funkciji. Prva osnovna funkcija

finančnega trga je učinkovito prerazdeljevanje finančnih sredstev od suficita (presežka) do

deficita (primanjkljaja), medtem ko druga osnovna funkcija finančnega trga izhaja iz

razdelitve na posredni in neposredni finančni trg [4].

Na neposrednem finančnem trgu se izdajajo primarni vrednostni papirji, kot so obveznice,

delnice, itd., ki jih izdajatelji neposredno prodajajo končnim kupcem. Kupci potem lahko te

vrednostne papirje prodajo finančnim institucijam. Finančne institucije potem ustvarjajo

posredne vrednostne papirje [4].

Prav tako se finančni trg deli na primarni in sekundarni trg. Pri sekundarnem trgu poteka

trgovanje z že izdanimi vrednostnimi papirji, medtem ko se na primarnem trgu izdajajo novi

vrednostni papirji [4].

Trg vrednostnih papirjev se deli na trg vrednostnih papirjev s stalnim donosom ali trg

dolžniškega kapitala in trg vrednostnih papirjev s spremenljivim donosom ali trg lastniškega

kapitala. Trg dolžniškega kapitala predstavlja obvezo plačila določenega zneska v določenem

obdobju. Lastniški kapital pa predstavlja pravico vlagatelja do lastniškega deleža v podjetju,

ki jih vlagatelji vložijo v obliki delnic. Dobiček vlagateljev je odvisen od dobičkonosnosti in

rasti podjetja. Tipičen primer tovrstnih podjetij so delniške družbe [4].

Četrta delitev finančnega trga je na delitev na denarni trg, trg kapitala in terminski trg. Pod

kapitalni trg spada trg dolgoročnih vrednostnih papirjev in trg dolgoročnih posojil. Pri

denarnem trgu gre za prenos finančnih sredstev na kratek rok [4].

Terminski trg je neprekinjen avkcijski trg na katerem se srečujejo kupci in prodajalci različnih

vrst blaga, ki se prikazuje v različnih oblikah finančnih papirjev. To so lahko terminske

pogodbe, opcije in zamenjave. To so trgi, kjer se sklepajo nakupi ali prodaje o standardnih

količinah in kakovosti. Zamenjave oz. swape uporabljajo banke, podjetja, in sicer v želji da se

zaščitijo pred nezaželenimi obrestmi in deviznimi gibanji [4].

3. Opcije

Opcija je prenosljiva pogodba, v kateri prodajalec za neko opcijsko premijo daje kupcu

možnost do nakupa ali prodaje določenega števila delnic v določenem obdobju. Glavni namen

opcije je zavarovanje pred izgubami. Poznamo nakupno (call) opcijo (Slika 2) [5] v kateri ima

imetnik pravico do nakupa določenega števila delnic, katere bo potem ob datumu poteka

opcije prodal po višji ceni.

3

Denimo, da kupimo 100 delnic po izvršilni ceni 100€. Naša začetna investicija naj bo 500 €.

Premija opcije naj bo 5€ po delnici. Če je opcija evropska potem jo lahko izvršimo le na

datum poteka opcije. To pomeni, če je vrednost delnice na ta dan manjša kot 100€, potem ne

bomo izvršili te opcije in bomo imeli izgubo v višini začetne investicije. Če je cena delnice na

datum poteka pogodbe večja od 100€, denimo da je cena 115€, potem bomo kupili delnice.

Tako bomo pridobili 15€ na delnico, kar nanese skupaj 1500€ za 100 delnic. Ker smo prav

tako plačali premijo 5€ na delnico (500€ za 100 delnic) je naš celotni prihodek 1000€. V

splošnem velja, da je opcijo na datum poteka smotrno izvršiti, če je vrednost delnice večja od

izvršilne cene ne glede na to ali bomo imeli dobiček ali izgubo [6].

Druga opcija je prodajna (put) opcija (Slika 3) [5], kjer imetnik proda določeno število delnic

po vnaprej določeni ceni. Pri tej vrsti opcije imetnik sumi, da bo vrednost delnice čez čas

padla.

Recimo, da kupimo evropsko prodajno opcijo, po kateri se zavežemo, da bomo prodali

delnice po vrednosti 70€ na delnico. Naša želja je, da je vrednost delnice katero kupimo

manjše od 70€. Če je na datum poteka opcije cena delnice denimo 55€, jo bomo prodali za

70€. Torej bomo pridobili 15€ na delnico [6].

Evropska opcija, bodisi nakupna bodisi prodajna je neodvisna od poti po kateri delnica dospe

do končne cene. Denimo, da osnovno vrednost delnice, na katero je opcija vezana, označimo s

Slika 2: Prikazuje nakup nakupne opcije,

kjer je prikazana naraščajoča nakupna

opcijo. Tako opcijo se splača kupiti po

datumu poteka pogodbe [5].

Slika 3: Prikazuje nakup prodajno

opcijo, kjer je prikazana naraščajoča

prodajna opcija. Tako opcijo se splača

kupiti po datumu poteka pogodbe [5].

4

S. Cena evropske nakupne (call) opcije zapišemo kot C (t) = C (t, S(t)), ki omogoči lastniku

možnost, da kupi opcijo v prihodnjem času T > t po izvršilni ceni E [7].

4. Black- Scholes enačba

Sama izpeljava B-S modela sledi iz modela geometričnega Brownovega gibanja delnic (Slika

4). Pri navadnem Brownovem gibanju lahko proces zavzame negativne vrednosti, kar je za

cene delnic neuporabno. Namreč cena delnic nikoli ne more biti negativna. Geometrično

Brownovo gibanje zaradi eksponentne funkcije omogoči izločitev negativnih vrednosti [6].

Model geometrično Brownovega gibanja je v času zvezno stohastični proces, kjer je logaritem

poljubne spremenljivke normalno porazdeljena. Koncept geometričnega Brownovega gibanja

so naključni sprehodi, kjer je prihodnja cena delnice odvisna le od sedanje cene delnic in je

neodvisna od preteklih cen. Ker vrednost cene delnice sledi stohastičnemu procesu, lahko

zapišemo stohastično diferencialno enačbo (1)

(1)

Kjer μ predstavlja pričakovano stopnjo donosa, spremenljivka σ nam predstavlja

nestanovitnost cene delnice oziroma volatilnost, medtem ko dB predstavlja majhen premik pri

Brownovem gibanju.

Cena opcije je odvisna od izvršilne cene, ki jo označimo z K, kot tudi od časa poteka T-t, kjer

je T datum poteka opcije in t trenutni čas. Prav tako je cena opcije odvisna od cene sredstev,

stopnje rasti μ, volatilnosti oz. razpršenosti σ, obrestne mere r in da je opcija brez tveganja. To

pomeni, da je opcija hedge-ana. Ceno opcije bomo označili z V (S,t:σ,μ ; K, T; r). Zbirko

Slika 4: Predstavlja dve gibanji z različnima stopnjo rasti in volatilnostjo.

Modra krivulja predstavlja večjo rast in manjšo volatilnost, medtem ko zelena

predstavlja ravno nasprotno. Prav tako je razvidno, da cena delnice ne zasede

negativnih vrednosti [8].

5

finančnih sredstev, kot so opcije, obveznice, delnice imenujemo portfolijo. Običajno jih

zadržujejo bodisi investicijska podjetja bodisi finančne institucije [9].

Black in Scholes sta ustvarila portfolijo, ki je brez tveganja in brez arbitražnih priložnosti.

Portfolijo je sestavljen iz delnic in opcij, njegov donos pa je enak ne tvegani obrestni meri.

Vzrok, da je portfolijo brez tveganja tiči v tem, da sta tako cena delnice kot cena opcije pod

vplivom enake negotovosti. To pomeni, da v prihodnjem času lahko cena delnice zavzame

dve možni vrednosti, in sicer bodisi nižjo bodisi višjo vrednost glede na sedanjo vrednost.

Tako ima portfolijo dolgoročno pozicijo v Δ delnicah in kratkoročno pozicijo v eni opciji.

Takšen portfolijo se zapiše z enačbo (2) [9].

(2a)

Kjer Π predstavlja portfolijo, medtem ko je hedgan faktor. Ker nas zanima za koliko se

portfolijo spremeni v kratkem časovnem intervalu dt, lahko enačbo (2a) zapišemo kot (2b)

(2b)

Levi člen na desni strani lahko zapišemo kot (3)

¸ (3)

ki ustreza stohastični diferencialni enačbi (3) [8]. Enačba (3) izhaja iz Itove leme. Itova lema

je za stohastične spremenljivke to, kar je Taylorjeva vrsta za deterministične.

Sedaj vnesemo enačbo (3) v enačbo (2b) in združimo člene, ki vsebujejo dt in člene, ki

vsebujejo dS in dobimo (4) [9]

(4)

Prvi člen na desni strani predstavlja stohastični del, medtem ko drugi člen na desni predstavlja

deterministični del. Sedaj si izberemo

in se znebimo stohastičnega dela, tako da

dobimo enačbo (5)

(5)

Ker je naš porfolijo v celoti determinističen potem ni arbitražnih priložnosti. Brez arbitražnih

priložnosti pomeni, da mora biti donos, ki ni tvegan in je določen s kratkotrajno ne tvegano

obrestno mero enak enačbi (6) [9]

(6)

6

Takšen portfolijo imenujemo delta-nevtralen portfolijo. Z drugimi besedami, delta-nevtralen

portfolijo je neobčutljiv na majhne spremembe cene delnice.

Ne levi strani lahko namesto dΠ zapišemo enačbo (5), medtem ko na desni strani lahko

namesto Π pišemo enačbo (2), in dobimo (7) [9]

(7)

Člen dt se na levi in desni strani okrajša. Po preureditvi enačbe dobimo Black-Scholes

enačbo, ki jo zapišemo kot enačbo (8)

(8)

Če želimo rešiti enačbo (8), potrebujemo robne pogoje za evropsko nakupno opcijo z

izvršilno ceno K. Če je cena delnice S=0, potem velja ob vsakem času t, da je cena nakupne

opcije C(0,t)=0. Ob izteku opcije (t=T) pa je cena nakupne opcije ).0,max(),( KSTSC T

Enačbo (8) lahko rešimo na več načinov. Prvi način reševanja je preoblikovanje enačbe v

difuzijsko ali Fokker-Planckovo enačbo. Fokker- Planckova enačba opisuje verjetnostno

porazdelitev funkcije. Če rešujemo evropsko nakupno opcijo potem s pomočjo spremenljivk

[10]

dobimo linearno parabolično enačbo (9)

(9)

kjer je

in b=

. Ko zamenjamo spremenljivke postane mejni pogoj C(S,T)=max

(S(T)-K,0) začetni pogoj v(x,τ)= max( . Enačbo (10) lahko rešimo s pomočjo

in dobimo difuzijsko enačbo (10)

. (10)

Z začetnim pogojem

7

Ko rešimo difuzijsko enačbo, dobimo vrednost za evropsko nakupno opcijo C(S,t) (Slika 5) in

vrednost za evropsko prodajno opcijo P(S,t) (Slika 6), kot prikazujeta enačbi (11) [10]

(11)

kjer sta N(d1) in N(d2) vrednosti, ki podata verjetnosti, da spremenljivki d1 in d2 pri normalni

porazdelitvi zavzameta vrednosti od do svoje vrednosti. S pomočjo teh dveh enačb (11)

lahko izračunamo teoretično vrednost opcije. To vrednost opcije primerjamo s tržno ceno

opcije, kar nam omogoča vpogled ali je opcija precenjena ali podcenjena. Posledično lahko

zaradi tega pride do izgube ali dobička [4].

Predpostavke B-S modela so [7,9] :

Portfolijo zadostuje pogoju brez arbitražnih priložnosti

Hedge-an portfolijo delnice mora dovoljevati kratko prodajo delnic

Če se cena delnice spremeni diskretno, potem B-S enačba ne velja

Obrestna mera r je konstanta

Ni stroškov transakcije

Ne tvegana obrestna mera je znana funckija časa

B-S enačbo lahko prav tako rešimo s pomočjo Hamiltonovega operatorja [7].

5. Cenjenje opcij s Hamiltonko

Matematično so operatorji operacije nad funkcijami, vektorji itd. V kvantni mehaniki

operatorji valovni funkciji priredijo drugo valovno funkcijo. Posebno lepe lastnosti imajo

Hermitski operatorji oziroma sebi-adjungirani operatorji. Pri teh operatorjih se definicijski

Slika 5: Predstavlja evropsko nakupno opcijo [9] . Slika 6: Predstavlja evropsko prodajno opcijo [9].

8

območji ujemata. Denimo, da v splošnem označimo operator kot , potem Hermitski operator

zapišemo kot [11].

Operator kinetične energije in operator potenciala sta hermitska, kar pomeni da je tudi

Hamiltonov operator ali hamiltonka v kvantni mehaniki hermitska. Namreč drugi odvod, ki se

nahaja v kinetični energiji in koordinata, ki se nahaja v potencialu sta hermitska.

V kvantni mehaniki se Hamiltonov operator za polno energijo zapiše kot enačba (12) [11],

(12)

V enačbi (12) operator predstavlja kinetične energije, medtem ko operator ustreza

potencialu. Enačbo (8) lahko zapišemo kot stacionarno Schroedingerjevo enačbo, in sicer kot

kaže enačba (13) [11]

(13)

Tovrstna enačba je problem lastnih vrednosti. Lastne vrednosti so predstavljene s črtico. S to

enačbo iščemo funkcijo, ki preide sama vase, ko nanjo deluje operator. Iskana funkcija je

lastna funkcija operatorja [11].

V financah lahko B-S enačbo (8) zapišemo v obliko za kvantno mehaniko. Časovni del B-S

enačbe (8) predstavlja osnovno hamiltonko, preko katere določimo ceno opcije. Če enačbo (8)

preoblikujemo v enačbo (13), dobimo Black-Scholes-Schroedingerjeva enačbo (14) [7]

. (14)

v enačbi (14) predstavlja hamiltonko B-S. Hamiltonko B-S se glasi kot enačba (15),

, (15)

kjer je volatilnost konstantna. B-S enačba ima v kvantni mehaniki eno prostostno stopnjo,

in sicer je to x. Če primerjamo enačbo (12) in enačbo (15) vidimo, da je volatilnost

analogna inverzu mase, V je analogna valovni funkciji Ψ, obrestna mera r pa je analogna

potencialu. Vendar zaradi drugega člena v enačbi (15), hamiltonka v financah ni hermitska.

To pomeni, da so rešitve lastne vrednosti v B-S hamiltonki kompleksne, ki sledijo iz

nestabilnosti gibanja cen delnic [7]. Prav tako kompleksnost B-S hamiltonke pomeni

opazovanje ne konservativnega dinamičnega sistema. Gibanje delnic ni konservativen sistem

zaradi drugega člena, ki predstavlja stopnjo rasti cene delnice [7].

Jedro cene opcije vsebuje vse potrebne podatke za določevanje cene, pri katerih so opcije

neodvisne od poti. Jedro cene imenujemo tudi stohastični diskontirani faktor. Denimo, da je

9

razvoj cene delnic stohastično volatilen in da tovrstna opcija, ki ni odvisna od poti, dospe ob

času T. Zanima nas cena opcija ob času t < T [7].

Rešitve za jedro cene so lastne vrednosti hamiltonke B-S enačbe (14), ki jih zapišemo v obliki

(16)

, (16)

kjer je V(0,x) začetni pogoj. Ravno eksponentni člen prikazuje nestabilnost gibanja cen

opcije. Ob končnem času T je končna vrednost podana v obliki (17) in g predstavlja

izplačilno funkcijo

(17)

Iz enačbe (17) izpostavimo V(0,x) in dobimo enačbo (18)

(18)

Začetni pogoj, ki ga prikazuje enačba (18), vstavimo v enačbo (16) in dobimo enačbo (19)

. (19)

Ker enačba (19) še ni dopolnjena za celotni prostor, jo moramo pomnožiti z enačbo (20), tako

da dobimo enačbo (21) [7],

, (20)

. (21)

Dopolnjevalna enačba (20) se nanaša na vsa osnovna stanja, ki skupaj tvorijo operator

identitete v vektorskem prostoru. Enačba (20) podaja rešitev za jedro cene, ki jo s hamiltonko

zapišemo kot prikazuje enačba (22) [7]

(22a)

Kot je videno v enačbi (22) je v ceni opcije podan negativni eksponent. To je zato, ker je

končni pogoj cene opcije V ob končnem času t in enačbo (16) pretvorjen na preostali čas τ.

Vloga hamiltonke pri cenjenju opcij je da ceno opcije razvija v času nazaj in ne naprej, To

pomeni, da z diskontiranjem izplačilne funkcije določimo začetno ceno [7].

Finančni instrumenti (delnice, opcije) ne moremo normirati. V kvantni mehaniki takšne

valovne funkcije uvrščamo med posebne valovne funkcije. Za to lahko enačbo (22a) iz

prostora koordinate transformiramo v prostor gibalne količine s pomočjo Fourierjeve

transformacije, tako da dobimo (22b) [7]

10

, (22b)

kjer je . Lastne funkcije B-S hamiltonke so oblike . Ko vstavimo

enačbo (22b) v enačbo (22a) in uporabimo Gaussovo integracijo, se rešitev za jedro cen glasi

kot prikazuje enačba (23)

. (23)

Iz enačbe (23) je razvidno, da gre za normalno porazdelitev kar tudi ustreza B-S modelu. Ko

vstavimo enačbo (23) v enačbo (21) lahko rešimo enačbo za nakupno in prodajno evropsko

opcijo, kateri rešitvi sta prikazani že v enačbi (11) [7].

6. Martingalov pogoj

Martingal je matematični model, ki je pomemben v teoretičnih financah in nastopa pri

stohastičnih procesih. Martingal velja le, kadar je Martingalov proces definiran kot ga

prikazuje pogoj (24) [7]

(24)

Leva stran prikazuje pričakovano vrednost naključne spremenljivke , ki je pogojena z

naključnimi pojavi Pogoj (24) predstavlja različne rezultate po n+1 skokih, kjer

količino denarja po n korakih. To pomeni, da je pričakovana cena delnice v

prihodnjem času enaka današnji ceni delnice. Martingalov pogoj pove, da ni nobenih

arbitražnih priložnosti [7].

Če želimo zapisati enačbo v hamiltonski obliki, jo lahko zapišemo kot prikazuje enačba

(25)

Pogoj (25) nam pove, da se zaradi martingala osnovni vrednostni papir (delnica) ne spremeni

[7].

7. Potencial pri cenjenju opcij

Hamiltonka v kvantni mehaniki je podana z enačbo (12). V enačbi (14), ki opisuje B-S

enačbo, je člen ki je analogen potencialu konstanten. Kadar potencialni člen postane odvisen

od cene delnice x, potem postane cenjenje opcij odvisno od poti. Zato B-S hamiltonki, ki je

podana z enačbo (15) dodamo potencial odvisen od x-a in dobimo enačbo zapisano v obliki

(26) [7]

11

(26)

Potencial poskrbi, da le poti, ki so znotraj želene meje, vplivajo na jedro ceno. Za ostale poti

pa potencial poskrbi, da so lastne funkcije hamiltonke B-S enake nič oziroma ne vplivajo na

jedro cene. To hamiltonko poimenujemo kot efektivno hamiltonko .

Enačba (26) zadostuje pogoju martingal. Tukaj je hamiltonka pri določevanju cen opcij

omejena z izničenjem cene delnic S(t). B-S hamiltonka, ki ustreza martinaglovem pogoju se

glasi, kot jo prikazuje enačba (27) [7]

(27)

kjer je potencial poljubna funkcija x-a. Potencial predstavlja diskontiranje delnic ali

vrednostnih papirjev z uporabo obrestne mere, kjer ni arbitražne priložnosti. Ne hermitsko

hamiltonko , lahko za poljuben potencial, transformiramo v Hermitsko efektivno

hamiltonko, in sicer z enačbo (28) [7]

(28)

kjer je podana kot (29)

(29)

Namreč tvori lastne funkcije, ki ustvarjajo celotni prostor. Zato deluje podobno na

kot dopolnjevalna enačba pri opcijah, ki so neodvisne od poti.

V B-S hamiltonki velja, da je U(x) = r in je zato rešitev podana v enačbi (30)

, (30)

kjer je

in

Efektivna B-S hamiltonka se prav tako

uporablja pri reševanju dvojnih bariernih opcij [7].

7.1. Barierne opcije

Barierne opcije so odvisne od poti in so ugodnejše od navadnih opcij predvsem zato, ker so

cenejše. Cenejše so zaradi dodatnega tveganja, ki ga prinese bariera [11]. Prav tako imamo

vpogled, po kakšni poti se naj bi opcija gibala. Poznamo barierno opcijo, kjer imamo bodisi

spodnjo bodisi zgornjo bodisi zgornjo in spodnjo mejo hkrati. Najpomembnejše opcije, ki

imajo eno mejo, so navzdol-ven, navzdol-not, navzgor-ven in navzgor-not barierne opcije [7].

V kvantni fiziki to ustreza curku delcev, ki naletijo na bariero. V kvantni fiziki imamo prav

12

tako možnost tunelskega pojava, kjer delec lahko predre prepovedano območje. V financah se

bi tunelski pojav pojavil kot ilegalni posli za pridobivanje lastnih koristi. Mednje spada

presežna kompenzacija za direktorje, prodaja sredstev in osebna zagotovila glede posojila. Ta

vpliv se kaže kot izguba za delničarje, ki imajo manjši delež v podjetju [12].

Navzdol-ven barierna opcija

Pri uporabi te opcije pri nakupnih opcijah, je cena delnice nad bariero. Kadar cena delnice

pade pod vrednost, na kateri je bariera, postane naša opcija nič vredna. Pri prodajni opciji,

vrednost opcije postane nič vredna, kadar bariera pade pod začetno ceno delnice (Slika 5 in

slika 6) [7].

Denimo, da imamo evropsko nakupno opcijo, kje je cena delnice S(t). Omejitev je, da mora

biti cena delnice zmerom nad bariernim potencialom, ki ga označimo z U(x). Robni pogoj

tovrstnega bariernega potenciala se glasi kot (31) [7],

, (31)

kjer je B robna cena. (31)

Potencial ima vpliv na določevanje cene jedra, in sicer tako, da upošteva le tiste vrednosti, ki

ne preskočijo bariero oziroma potencial poskrbi, da valovne enačbe B-S hamiltonke zamrejo

na drugi strani. Naj bo cena delnice v preostalem času , podana kot x > B in kadar je τ = 0

naj bo cena x'. Ob uporabi enačbe (22a) in izpeljavi je cena jedra za barierno opcijo podana

kot prikazuje enačba (32) [5]

(32)

Kot je razvidno iz enačbe (32) je cena jedra vedno pozitivna, kadar sta x, x' > 0, medtem ko

mora biti cena enaka nič, kadar cena delnice preskoči bariero [7].

Slika 5: Prikazuje potencial pri navzdol-

ven opciji. Če je cena delnice S manjše od

bariera, potem je opcija ničvredna [5].

13

Primer:

Slika 6 prikazuje navzdol-ven nakupno opcijo. Recimo, da imamo na začetku ceno delnice, ki

znaša 95 €. Bariera pri tej opciji znaša 80€. Če cena delnice pade na vrednost bariere, potem

postane opcija ničvredna. Opcija je ničvredna tudi, če kasneje cena delnice naraste do

izvršilne cene in je v tem primeru ne kupimo. Če cena delnice narašča se prične obnašati kot

standardna nakupna opcija in jo ob datumu poteka kupimo [9].

Za navzgor-ven barierno (Slika 7 in slika 9) opcijo velja enaka enačba kot je enačba (35), le

da so omejitve nekoliko drugačne. Namreč ceno jedra lahko določimo, kadar sta x, x' < B,

medtem ko je cena jedra enaka nič, kadar je x < B in x' >B [7].

Slika 7: Prikazuje potencial pri navzgor-ven

opciji. Če je cena delnice S večja od bariere,

potem je opcija ničvredna [7].

Slika 6: Na sliki vidimo dve krivulji. Svetlo modra

tanjša črta predstavlja standardno nakupno opcijo

(vanila nakupna opcija), medtem ko debelejša modra

črta predstavlja navzdol-ven nakupno opcijo. Vidimo,

da tovrstna opcija postane ničvredna, če cena delnice

pade do vrednosti bariere [8].

14

Primer:

Vrednost bariere v tem primeru je 120€. Imejmo začetno vrednost delnice 95€. Kadar naša

delnice zadane izvršilno ceno, lahko ob datumu poteka kupimo to opcijo. Vendar vrednost

delnice ne sme preseči 120€. Namreč kadar cena delnice zadane bariero, postane opcija

ničvredna in je ne kupimo. Te opcije uporabljajo portfolijski managerji, ker je cenejša za

hedganje proti izgubam kot navadna nakupna opcija [9].

»Double-knock-out« barierna opcija

Pri tovrstnih opcijah imamo opravka s spodnjo in zgornjo mejo. To pomeni, da se cena

delnice giblje med obema potencialoma. Kadar cena delnice doseže bodisi spodnjo bodisi

zgornjo mejo postane opcija ničvredna. Podobna je neskončno potencialni jami v kvantni

mehaniki. »Double-knock-out« barierno opcijo [7] lahko rešimo s pomočjo enačbe (28), kjer

za B-S hamiltonko uporabimo enačbo (15). Pogoj (33) za potencial, ki ga upoštevamo pri

kvantni mehaniki, kot tudi pri financah se glasi [7]

(33)

Ceno jedra dobimo iz enačbe (22) in se za »double-knock–out« bariero glasi kot prikazuje

enačba (34) [7],

(34)

To rešitev lahko preverimo za tri primere. Denimo, da imamo v prvem primeru samo eno

bariero, kjer upoštevamo limito in da je širina jame a končna. V tem primeru imamo

Slika 9: Tanjša črta predstavlja standardno

nakupno opcijo, medtem ko debelejša modra črta

predstavlja navzgor-navzven nakupno opcijo.

Vidimo, da opcija postane ničvredna, ko cena

delnice naraste do bariere, ki znaša 120€ [8].

15

ustrezno rešitev le za primer, kadar je n = 0. V drugem primeru, kadar nimamo ovir, vzamemo

limito in je b konstanten. V tem primeru imamo rešitvi za n = 0 in n = 1. V tretjem

primeru lahko preverimo B-S enačbo brez barier, in sicer tako, da vzamemo limiti in

. V tem primeru ustreza rešitev le za n = 0 [7].

Na sliki 10 so predstavljene štiri rešitve za »double-knock–out« barierne opcije, in sicer za

n=1;3;5;10. Spodnja bariera ima vrednost 100€, medtem ko je vrednost zgornje bariere 127€.

Kadar doseže cena delnice katerokoli bariero, postane opcija ničvredna. Kadar imamo

osnovno rešitev n=1 je najvišja vrednost opcije na sredini bariere. Pri osnovni rešitvi je

gibanje simetrično, medtem ko pri ostalih rešitvah je gibanje levo asimetrično. Prav tako je pri

teh asimetričnih gibanjih najvišja vrednost opcije večja kot pri osnovni rešitvi.

Slika 10: Predstavljene so rešitve za 4 primere. Leva zgornja slika je predstavljena rešitev za n=1,

desna zgoraj predstavlja rešitev za n=3, leva spodaj predstavlja rešitev za n=5 in desna spodaj za n=10

[13].

8. Primerjava med Schroedingerjevo enačbo in B-S enačbo

B-S enačba je poseben primer Schroedingerjeve enačbe. Namreč B-S enačba velja le v

primerih, kadar je trg učinkovit, medtem ko Schroedingerjeva enačba velja v splošnem.

Namreč Schroedingerjeva enačba vsebuje ħ, ki predstavlja količino arbitražnih pirložnosti, ki

je prisotna na finančnih trgih. Za to je kvantni opis vrednotenja opcij bolj natančnejši od

klasičnega modela. Prav tako je možno dobiti s pomočjo Schroedingerja nekatere analitične

rešitve. Predvsem kadar vrednotimo opcije s procesom volatilnosti.

16

9. Zaključek

Vstop kvantne mehanike v ekonomijo ustvarja novi pogled v notranjost kompleksnega

finančnega sveta. S pomočjo razvoja hamiltonke lahko rešimo različne primere, kot so opcije,

ki so neodvisne in odvisne od poti. Prav tako lahko s hamiltonko razvijamo tudi druge

finančne instrumente kot so terminske pogodbe in prihodnje pogodbe [7]. Hamiltonka je prav

tako zelo priročna pri reševanju sistema, kadar volatilnost ni konstanta. Volatilnost namreč se

ne trguje na trgu direktno, ampak nastopa v ozadju. Zaradi tega je zelo težko hedge-at

volatilnost delnice. To ustvari trg nekoliko nepopoln, kar ustvari tveganja za investitorje [7].

Poleg uporabe hamiltonke se prav tako uporablja teorija kvantnih polj, ki se ukvarja z

razvojem prihodnjih obrestnih vrednosti [7].

10. Literatura

[1] Mantegna R. N., Stanley H. E., An introduction to econophysics (Cambridge,

Cambridge University Press, 2000)

[2] Na LI, Stochastic models of Stock Market Dynamics (Deparment of Mathematics,

Uppsala University, 2010)

[3] Elliot Fractals: Najdeno 26.9.2012 na spletnem naslovu:

http://www.elliottfractals.com/forecast.asp

[4] Prohaska Z., Finančni trgi (Ljubljana, Ekonomska fakulteta, 2004)

[5] SKB. Zavarovanje pred tečajnim tveganjem. Najdeno 22.7.2012 na spletnem naslovu:

http://www.skb.si/poslovne-finance/i......./zavarovanje-pred-tecajnim-tveganjem

[6] Hull J.C, Fundamentals of futures and options markets (Prentice Hall, 2002)

[7] Baaquie B.E., Quantum finance (Cambridge, Cambridge University Press, 2004)

[8] Wikipedia. Geometric Brownian motion Najdeno 16.10.2012 na spletnem naslovu:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2b/GeoBM.png/500px-

GeoBM.png

[9] Wilmott P., Quantitative finance (Chichester, John Wiley & Sons Ltd., 2007)

[10] Coppex F., Solving the Black-Scholes equation:a demystification: Najdeno 2.10.2012

na spletnem naslovu: http://www.francoiscoppex.com/blackscholes.pdf

17

[11] Strnad J., Fizika 3: Poseblna teorija relativnosti, kvantna mehanika, atomi (Ljubljana,

Društvo matematikov, fizikov in astronomov Slovenije, 1998)

[12] Investopedia: Tunneling: Najdeno 24.10.2012 na spletnem naslovu:

http://www.investopedia.com/terms/t/tunneling.asp#axzz2AWQTnM5a

[13] Faulhaber O., Analytic methods for pricing double barrier options in the presence of

stochastic volatilty. Najdeno 3.10.2012 na spletnem naslovu: http://www.global-

derivatives.com/docs/Analytic_Methods_for_Pricing_Double_Barrier_Options_Volati

lity_Faulhaber_2002.pdf